专利名称：空间异面相位角激光检测系统的标定方法
技术领域：
本发明涉及一种空间异面相位角激光检测系统的标定方法，属于 角度测量技术。
背景技术：
本申请人新研制的"空间异面相位角激光检测系统"采用激光作 为角度测量基准，实现了车载远距离异面直线夹角测量要求，其基本 原理是以一束平面激光同时照射在两个异面耙标上，通过两个独立的
CCD图像测量系统，将两个靶标上刻线与基准激光像条的夹角求出， 进而换算出两异面直线的夹角。所述测量系统的测量是否准确直接影 响到所测火箭弹的性能维护问题。所以需要为所述测量系统研制出配 套使用的新的标定方法。
发明内容
本发明的所要解决的技术问题是提供一种操作简便、可靠的空间 异面相位角激光检测系统的标定方法。
本发明解决其技术所采用的技术方案
空间异面相位角激光检测系统的标定方法，其特征在于采用刻有 标准角度的两个标定板对所述测量系统的两个图像采集系统分别进
行独立地标定，并分别获取对应于两个图像采集系统的测量补偿值；
其具体方法如下
将所述两个标定板分别安装在所述测量系统中的插拔机构标杆 和定向钮标杆的位置处，所述两个图像采集系统将采集到的测量基准 光线和所述标准角度的图像传输到所述系统的计算机中，所述计算机 利用标定程序对所采集到的图像进行处理和角度计算后，将所测角度 与所述标准角度的差值求出作为测量补偿值，对所述系统进行测量修 正补偿。
本发明的有益效果是由于采用了对两个图像采集系统进行独立 标定，避免了每次系统标定中均要对标定板调整水平的工作以及标定 板的平移及二次装配工作，使标定工作简单、可靠。
图1-1为定向钮标定板的主视图
5图1-2为插拔机构标定板的主视图
图2为两个标定板上标准角度刻线的结构示意图
图3-1为接收到基准光线后的定向钮标定板原始图像Al
图3-2为接收到基准光线后的插拔机构标定板原始图像B1
图4-1为经滤波后的定向钮标定板图像A2
图4-2为经滤波后的插拔机构标定板图像B2
图5-1为经反色后的定向钮标定板图像A3
图5-2为经反色后的插拔机构标定板图像B3
图6-1为经分割后的定向钮标定板图像A4
图6-2为经分割后的插拔机构标定板图像B4
图7-1为经轮廓提取后的定向钮标定板图像A5
图7-2为经轮廓提取后的插拔机构标定板图像B5
图8为本发明的标定软件流程图
图9为本发明标定程序阈值求取算法流程图。
在图1-3中，1定向钮标定板、2插拔机构标定板、3定向钮标 定板上的水平刻线、4定向钮标定板上的倾斜刻线、5插拔机构标定 板上的纵向刻线、6插拔机构标定板上的倾斜刻线、7第一基准光线、 8第二基准光线。
具体实施例方式
本方法采用刻有标准角度的两个标定板对所述测量系统的两个 图像采集系统分别进行独立地标定，并分别获取对应于两个图像采集 系统的测量补偿值；其具体方法如下
将所述两个标定板分别安装在所述测量系统中的插拔机构标杆 和定向钮标杆的位置处，所述两个图像采集系统将采集到的测量基准 光线和所述标准角度的图像传输到所述系统的计算机中，所述计算机 利用标定程序对所采集到的图像进行处理和角度计算后，将所测角度 与所述标准角度的差值求出作为测量补偿值，对所述系统进行测量修 正补偿。
所述两个标定板为插拔机构标定板2和定向钮标定板1，在所述 两个标定板上均设有夹角为47. 5°的刻线，在插拔机构标定板2上的 一条刻线为纵向刻线5，在定向扭标定板1上的一条刻线为水平刻线 3。
所述各条刻线的宽度b二6mm，在每条刻线的两边设有V型刻槽，
6V型刻槽的角度ct =140° ; V型刻槽的深度a=0. 5mm。 V型刻槽的作用 是为了避免阴影对于刻线轮廓的影响。
所述两个标定板的底色为亚光黑灰色，所述每条刻线的颜色为高 亮白色；这种黑白色设计的方法主要是便于所夹角度的图像边缘的提 取。
所述两个标定板分别固定在磁性表座上，磁性表座分别通过各自 的安装支架固定在检测装配平台上。
所述图像处理和角度计算的方法如下
(1) 首先获取原始图像
通过所述两个CCD图像采集系统对所述两个标定板上的标准角 度进行拍摄，获得标准角度的原始图像A1、B1 (参见图3-1、图3-2);
(2) 原始图像存储
将采集到的标准角度的原始图像Al、 Bl存入预先设定的计算机 缓存空间中；
(3) 图像预处理(参见图8): 对采集到的标准角度的原始图像Al、 Bl进行预处理；预处理包
括模板为3X3的中值滤波及二值化处理；
对原始图像上的两个标定板的图像Al、 Bl进行中值滤波得到图 像A2、 B2 (参见图4-1、图4-2)，滤波程序中阈值的求取算法如下
(参见图9):步骤一，将所选区域内图像的最大与最小灰度值的算
术平均值作为初始阈值，从而获得图像的直方图；步骤二，以所设定 的初始阈值作为处理程序的迭代阈值，以迭代阈值为界将图像直方图 分为两部分；步骤三，计算两部分直方图的灰度加权平均值，并判断 两个加权平均值的算术平均值与所设定的迭代值是否相等；步骤四， 如果上述判断结果相等，则以所设定的迭代阈值作为阈值选取结果， 阈值选取结束；如果上述判断结果不相等，则将两部分的加权平均值 的算术平均值作为新的迭代阈值，重复上述步骤二和步骤三，直到上 述判断结果相等，则以所设定的迭代阈值作为阈值选取结果，阈值选 取结束；
对经过滤波后的图像进行反色处理(参见图8)，得到反色处理 后的图像A3、 B3 (参见图5-1、图5-2)，因为所述两个标定板充满 整个CCD图像采集系统视场，所以标定过程中的图像单一而分明，不 含纷繁而复杂的背景；因此，图像的灰度直方图中仅含有对应前景和
7背景的两个峰形，并且双峰互不干扰，分界十分明显；这种情况下，
选用经迭代得到的整幅图像直方图的灰度加权平均值作为图像分割
的阈值；
(4) 分割处理(参见图8):
对图像进行二值化处理，将目标前景与背景分离开，得到分割处
理图像A4、 B4 (参见图6-l、图6-2);
(5) 标准角度刻线轮廓提取(参见图8): 对经过图像分割处理的所述两个标定板上的第一、第二基准光线
7、 8和标准角度图像进行轮廓提取，获得所述基准光线及标准刻线 的轮廓；
经图像预处理及轮廓边缘提取后的所述两个标定板图像中仅包 含了光线轮廓和两条刻线轮廓；每次测量中标定板图像中的基准光线 及两条刻线的位置保持不变；由于每个目标轮廓均对应于图像中的特 定的区域，因此得到经轮廓提取后的标定板图像A5、 B5 (参见图7-1、 图7-2)后，在特定的图像区域应用改进后的跟踪算法跟踪对应的目 标；
(6) 跟踪记录刻线轮廓点(参见图8): 得到代表所述两个标准角度的刻线即水平刻线3和与其相交的
倾斜刻线4以及纵向刻线5和与其相交的倾斜刻线6的全部轮廓点 后，首先将刻线的轮廓点分组，即将属于不同轮廓边的资源点分开； 以水平刻线为例，沿刻线轮廓的轴线方向以等间距的查询方式获得若 干个轮廓的宽度采样值，继而求出它们的平均值width作为水平刻线 轮廓的Y方向宽度值；在对轮廓点进行分组及筛选时，将水平刻线的 初始轮廓中X坐标相同而Y坐标差值在(width —1， width+l)范围
内的两个点视为分属于刻线的两条长边上的资源点；
(7) 直线拟合及夹角计算(参见图8): 得到两组边缘轮廓点后，利用最小二乘原理分别拟合出两条轮廓
边所在的直线的方程；由于得到的刻线的两条轮廓直线往往不平行， 而理论上与两条对边平行的刻线轴线的倾斜程度介于两条对边之间， 因此以两条轮廓边所构成的夹角的平分线的斜率来作为刻线的斜率； 由于第一、第二基准光线7、 8相对于水平方向的倾角为45。， 其边缘图像的锯齿状最为突出，同一行中存在若干个像素点；为避免 轮廓点的漏选及复选，对其轮廓点的选取采用了逐行査询的算法；对于单像素点情况，取该点作为光线有效轮廓点；如果轮廓边的某行存 在两个像素点，取靠近光线内部的一点作为有效轮廓点；如轮廓边的 某行存在三个像素点，取中间一点作为有效轮廓点；如轮廓边的某行 存在四个像素点，取中间两点中靠近光线内部的一点作为有效轮廓 点；如轮廓边的某行存在五个像素点，取中间一点作为有效轮廓点； 所述基准光线及代表基准光线的倾斜刻线边缘轮廓点的筛选均遵循 上述筛选原则；
利用所述两个标定板上的标准角度的刻线在同一图像坐标系中 的斜率即可求得二者的夹角，从而得到该图像采集系统的补偿值；第 一、第二基准光线7、 8的斜率值将传递给空间异面相位角激光检测 系统的夹角测量模块用于标杆与第一、第二基准光线7、 8的夹角测
权利要求
1、空间异面相位角激光检测系统的标定方法，其特征在于采用刻有标准角度的两个标定板对所述测量系统的两个图像采集系统分别进行独立地标定，并分别获取对应于两个图像采集系统的测量补偿值；其具体方法如下将所述两个标定板分别安装在所述测量系统中的插拔机构标杆和定向钮标杆的位置处，所述两个图像采集系统将采集到的测量基准光线和所述标准角度的图像传输到所述系统的计算机中，所述计算机利用标定程序对所采集到的图像进行处理和角度计算后，将所测角度与所述标准角度的差值求出作为测量补偿值，对所述系统进行测量修正补偿。
2、 根据权利要求1所述的空间异面相位角激光检测系统的标定方法，其特征在于所述两个标定板为插拔机构标定板(2)和定向钮 标定板(1)，在所述两个标定板上均设有夹角为47.5°的刻线，在插 拔机构标定板(2)上的一条刻线为纵向刻线(5)，在定向扭标定板 (1)上的一条刻线为水平刻线(3)。
3、 根据权利要求2所述的空间异面相位角激光检测系统的标定 方法，其特征在于所述各条刻线的宽度b二6mm，在每条刻线的两边设 有V型刻槽，V型刻槽的角度c^140。 ； V型刻槽的深度a二O. 5mm。
4、 根据权利要求3所述的空间异面相位角激光检测系统的标定 方法，其特征在于所述所述两个标定板的底色为亚光黑灰色，所述每 条刻线的颜色为高亮白色；所述两个标定板分别固定在磁性表座上，磁性表座分别通过各自 的安装支架固定在检测装配平台上。
5、 根据权利要求4所述的空间异面相位角激光检测系统的标定 方法，其特征在于所述图像处理和角度计算的方法如下(1) 首先获取原始图像通过所述两个CCD图像采集系统对所述两个标定板上的标准角 度进行拍摄，获得标准角度的原始图像(Al、 Bl);(2) 原始图像存储将采集到的标准角度的原始图像(Al、 Bl)存入预先设定的计算 机缓存空间中；(3) 图像预处理 对采集到的标准角度的原始图像(Al、 Bl)进行预处理；预处理包括模板为3X3的中值滤波及反色处理；对原始图像上的两个标定板的图像(Al、 Bl)进行中值滤波得到图像(A2、 B2)，滤波程序中阈值的求取算法如下步骤一，将所选区域内图像的最大与最小灰度值的算术平均值作为初始阈值，从而获得图像的直方图；步骤二，以所设定的初始阈值作为处理程序的迭代 阈值，以迭代阈值为界将图像直方图分为两部分；步骤三，计算两部分直方图的灰度加权平均值，并判断两个加权平均值的算术平均值与所设定的迭代值是否相等；步骤四，如果上述判断结果相等，则以所 设定的迭代阈值作为阈值选取结果，阈值选取结束；如果上述判断结 果不相等，则将两部分的加权平均值的算术平均值作为新的迭代阈 值，重复上述步骤二和步骤三，直到上述判断结果相等，则以所设定 的迭代阈值作为阈值选取结果，阈值选取结束；对经过滤波后的图像进行反色处理，得到反色处理后的图像(A3、 B3)，因为所述两个标定板充满整个CCD图像采集系统视场，所以标 定过程中的图像单一而分明，不含纷繁而复杂的背景；因此，图像的 灰度直方图中仅含有对应前景和背景的两个峰形，并且双峰互不干 扰，分界十分明显；这种情况下，选用经迭代得到的整幅图像直方图 的灰度加权平均值作为图像分割的阈值；(4) 分割处理对图像进行二值化处理，将目标前景与背景分离开，得到分割处 理图像(A4、 B4);(5) 标准角度刻线轮廓提取 对经过图像分割处理的所述两个标定板上的第一、第二基准光线(7、 8)和标准角度图像进行轮廓提取，获得所述基准光线及标准刻 线的轮廓；经图像预处理及轮廓边缘提取后的所述两个标定板图像中仅包 含了光线轮廓和两条刻线轮廓；每次测量中标定板图像中的基准光线 及两条刻线的位置保持不变；由于每个目标轮廓均对应于图像中的特 定的区域，因此得到经轮廓提取后的标定板图像(A5、 B5)后，在特 定的图像区域应用改进后的跟踪算法跟踪对应的目标；(6) 跟踪记录刻线轮廓点得到代表所述两个标准角度的刻线即水平刻线(3)和与其相交的倾斜刻线(4)以及纵向刻线(5)和与其相交的倾斜刻线(6)的全部轮廓点后，首先将刻线的轮廓点分组，即将属于不同轮廓边的资源点分开；以水平刻线为例，沿刻线轮廓的轴线方向以等间距的査询 方式获得若干个轮廓的宽度采样值，继而求出它们的平均值width作为水平刻线轮廓的Y方向宽度值；在对轮廓点进行分组及筛选时，将水平刻线的初始轮廓中X坐标相同而Y坐标差值在(width — 1， width +1)范围内的两个点视为分属于刻线的两条长边上的资源点； (7)直线拟合及夹角计算得到两组边缘轮廓点后，利用最小二乘原理分别拟合出两条轮廓边所在的直线的方程；由于得到的刻线的两条轮廓直线往往不平行，. 而理论上与两条对边平行的刻线轴线的倾斜程度介于两条对边之间， 因此以两条轮廓边所构成的夹角的平分线的斜率来作为刻线的斜率；由于第一、第二基准光线(7、 8)相对于水平方向的倾角为45 ° ，其边缘图像的锯齿状最为突出，同一行中存在若干个像素点；为 避免轮廓点的漏选及复选，对其轮廓点的选取采用了逐行查询的算 法；对于单像素点情况，取该点作为光线有效轮廓点；如果轮廓边的 某行存在两个像素点，取靠近光线内部的一点作为有效轮廓点；如轮 廓边的某行存在三个像素点，取中间一点作为有效轮廓点；如轮廓边 的某行存在四个像素点，取中间两点中靠近光线内部的一点作为有效 轮廓点；如轮廓边的某行存在五个像素点，取中间一点作为有效轮廓 点；所述基准光线及代表基准光线的倾斜刻线边缘轮廓点的筛选均遵 循上述筛选原则；利用所述两个标定板上的标准角度的刻线在同一图像坐标系中 的斜率即可求得二者的夹角，从而得到该图像采集系统的补偿值；第 一、第二基准光线(7、 8)的斜率值将传递给空间异面相位角激光检测 系统的夹角测量模块用于标杆轴线与第一、第二基准光线(7、 8)的夹
全文摘要
本发明涉及一种空间异面相位角激光检测系统的标定方法。本发明采用刻有标准角度的两个标定板对所述测量系统的两个图像采集系统分别进行独立地标定，并分别获取对应于两个图像采集系统的测量补偿值；其具体方法如下将所述两个标定板分别安装在所述测量系统中的插拔机构标杆和定向钮标杆的位置处，所述两个图像采集系统将采集到的测量基准光线和所述标准角度的图像传输到所述系统的计算机中，所述计算机利用标定程序对所采集到的图像进行处理和角度计算后，将所测角度与所述标准角度的差值求出作为测量补偿值，对所述系统进行测量修正补偿。本发明的有益效果是标定工作简单、可靠。
文档编号G01C1/00GK101493323SQ20091007380
公开日2009年7月29日 申请日期2009年2月20日 优先权日2009年2月20日
发明者姜志保, 李照勇, 裘祖荣, 许爱国, 陈振有 申请人:中国人民解放军总装备部军械技术研究所;天津大学